Conceptos RNP/RNAV, Apuntes de Ingeniería en Geodesia y Cartografía

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Conceptos RNP/RNAV

Dagoberto Salazar

Conceptos RNP/RNAV por Dagoberto Salazar

1ra. Edición Publicado 2004

Se concede a perpetuidad permiso para usar, copiar, modificar y distribuir el contenido de este documento para cualquier propósito y sin necesidad de pago, con tal y se copie el copyright anterior y este párrafo aparezca en todas las copias. Las imágenes son autoría de Dagoberto Salazar a menos que se especifique lo contrario, en cuyo caso tendrá que escribir a las respectivas fuentes si desea hacer una reproducción de las mismas con fines comerciales. El material se presenta "tal como está" y no se da ninguna garantía sobre su exactitud o veracidad, ni sobre su utilidad o idoneidad para algún propósito específico.

Historial de revisiones Revisión 1.0 2004-04-15 Revisado por: D.S. 1ra. versión. Revisión 1.1 2004-04-24 Revisado por: D.S. Expansión del concepto RNP e incorporación de RNAV. Revisión 1.2 2005-03-30 Revisado por: D.S. Modificación de los conceptos de exactitud, integridad, continuidad y disponibilidad.

Lista de tablas

1-1. Algunos tipos de RNP ...................................................................................................................................... 3

Lista de figuras

1-1. Ruta habitual vs. ruta directa ............................................................................................................................ 1

iv

Capítulo 1. Conceptos RNP/RNAV

1.1. Introducción

Hasta hace poco, la navegación aérea instrumental se ha basado usualmente en una red de rutas fijas que viene dada por la estructura de apoyo que proporcionan las radioayudas en tierra.

De esta manera, si se desea volar de manera instrumental desde el aeropuerto "A" al aeropuerto "M", a menudo es necesario seguir una ruta predeterminada formada por segmentos (a veces llamados piernas ) que van de una radioayuda a la siguiente en un proceso sucesivo: A-B, B-C, C-D, etc., conduciendo finalmente a la aeronave hasta su destino "M".

No obstante, es muy posible que exista una ruta directa A-M que no se utiliza debido a la forma como está estructurada el sistema habitual de gestión del espacio aéreo.

La siguiente figura, tomada deALLSTAR Network (http://www.allstar.fiu.edu/aero/RNAV.htm), ilustra esta situación:

Figura 1-1. Ruta habitual vs. ruta directa

Esta forma de operación no es muy adecuada porque:

• Es inflexible : Depende de la posición geográfica de las ayudas de navegación, que son fijas.
• Es costoso : Las aeronaves consumen más combustible para ir del origen al destino.
• Introduce retrasos : Las aeronaves invierten mayor cantidad de tiempo en su viaje.
• No crece con facilidad : La creación de nuevas rutas aéreas está supeditada a la construcción e instalación de nuevas estaciones de radioayudas en tierra.
• Sobrecarga los servicios ATS : La mayor parte del tráfico aéreo pasa por ciertos nodos importantes de la red de rutas, donde confluyen muchas aeronaves simultáneamente.

Capítulo 1. Conceptos RNP/RNAV

El TSE debe tomar en cuenta los errores del sistema de navegación, los errores del sistema de cálculo, los errores del subsistema de presentación de datos y los errores en la técnica de vuelo, y su valor no debe exceder el de los límites asignados durante el 95% del tiempo de vuelo.

Ahora bien, no es el error cometido el único parámetro que ha de tomarse en cuenta al evaluar un sistema de navegación dado. El conjunto de características evaluadas en el sistema se presenta a continuación:

• Exactitud : Es la característica principal a evaluar, pues es la relacionada con el error. Se define como la diferencia entre la posición indicada por el sistema de navegación y la posición real de la aeronave.

Se expresa de manera estadística como un percentil en la distribución de los errores. De esta manera, RNP- indica que la diferencia entre las posiciones real y estimada de la aeronave es menor o igual a 4 NM (millas náuticas) el 95% del tiempo de vuelo.

• Integridad : Se define como la habilidad de un sistema para apagarse automáticamente o proporcionar al usuario advertencias a tiempo cuando no deba ser utilizado para la navegación.

Este concepto refleja la confianza que se puede tener en la validez de la información que proporciona el sistema de navegación e implica la existencia de un sistema adicional que supervise continuamente al sistema de navegación y determine con rapidez cuándo su funcionamiento no se encuentra dentro de los parámetros especificados, generando una alarma dentro de un intervalo de tiempo razonablemente corto.

• Continuidad : La continuidad es definida como la habilidad de un sistema para realizar sus funciones sin sufrir interrupciones imprevistas durante una operación dada.
• Disponibilidad : Se define como la habilidad de un sistema para realizar su función al inicio de una operación dada (como por ejemplo, al inicio de la trayectoria de aproximación). Se expresa como el porcentaje de tiempo (a lo largo de extensos períodos) en que el sistema se encuentra operativo y cumpliendo con los requerimientos de exactitud, integridad y continuidad.

EUROCONTROL, en su sitio web Navigation Domain (http://www.ecacnav.com/rnav/default.htm) presenta una lista de los tipos RNP en uso actualmente o previstos para el futuro. A continuación se presentan los más resaltantes:

Tabla 1-1. Algunos tipos de RNP

Tipo Exactitud Descripción RNP-20 +/- 20.0 NM Esta es la capacidad mínima que se considera aceptable para apoyar las operaciones ATS en ruta. RNP-10 +/- 10.0 NM Pensado para la operación eficiente en áreas remotas u oceánicas donde la disponibilidad de radioayudas es limitada.

RNP-5 +/- 5.0 NM Tipo RNP temporal utilizado en el espacio aéreo europeo que permite la operación de aeronaves equipadas con sistemas de navegación no diseñados inicialmente para RNAV. Es equivalente a B-RNAV.

Capítulo 1. Conceptos RNP/RNAV

Tipo Exactitud Descripción RNP-1 +/- 1.0 NM Adecuado para la salida, llegada y aproximación inicial/intermedia. También se prevee que permitirá las operaciones ATS en ruta más eficientes. Es equivalente a P-RNAV. RNP-0.3 +/- 0.3 NM Adecuado para la aproximación inicial/intermedia, aproximación RNAV 2D, y salida. Se espera que sea el tipo más común. RNP-0.02/40 +/- 0.02 NM [+/- 40 ft] Propuesto para aproximaciones de precisión de Categoría I, hasta 200 ft DH. RNP-0.01/15 +/- 0.01 NM [+/- 15 ft] Propuesto para aproximaciones de precisión de Categoría II, hasta 100 ft DH. RNP-0.003/z +/- 0.003 NM [+/- z ft] Propuesto para aproximaciones de precisión de Categoría III y aterrizaje, incluyendo los requerimientos de touchdown (toque de pista), landing roll (carrera de aterrizaje) y take-off roll (carrera de despegue).

Puede notarse que cuando se aplica el concepto RNP a procedimientos de aproximación (aproximaciones de precisión, en particular), se decidió que era necesario agregar también el requerimiento de exactitud vertical.

1.3. RNAV

La Navegación de Área ( Area Navigation - RNAV) es un método de navegación que permite que una aeronave se desplace en cualquier trayectoria deseada, sin la necesidad de pasar sobre puntos predefinidos por la existencia de radioayudas en tierra.

Este tipo de operación se hará dentro del área de cobertura de las radioayudas utilizadas como puntos de referencia o dentro de los límites de la capacidad de los sistemas de navegación autónomos (como el sistema inercial), o una combinación de ambos.

Los equipos de navegación a bordo determinarán automáticamente la posición de la aeronave según la información recibida y la controlarán para que siga la ruta pre-establecida. Los sistemas que pueden utilizarse (de manera individual o combinada) son:

• VOR/DME.

• DME/DME.

• INS/IRS.

• LORAN-C.

• GPS.

RNAV tiene como objetivo la optimización del uso de la red ATS (tanto en ruta como en las áreas terminales), para proporcionar una mayor capacidad del espacio aéreo, junto una una mayor eficiencia en las operaciones.

Capítulo 1. Conceptos RNP/RNAV

1.3.1. B-RNAV

Como se mencionó, la primera de las fases de incorporación de RNAV se ha denominado B-RNAV, que significa "RNAV Básica", y las prestaciones que exige (RNP-5) aseguran que se utilicen completamente las capacidades de los sistemas RNAV ya instalados a bordo de las aeronaves.

No obstante, hay que tomar en cuenta que alcanzar el nivel de exactitud requerido no es sólo responsabilidad de los equipos de abordo, sino también de los sistemas de apoyo en tierra y en el espacio. Por esta razón, las siguientes condiciones han de cumplirse:

• VOR: Dentro de un rango de 62 NM.
• INS: No más de 2 horas transcurridas después de la última actualización del sistema.
• LORAN-C: Sólo para aquellas áreas en donde existe una cobertura adecuada.
• GPS: Sólo cuando existe cobertura por un número adecuado de satélites y/o de sistemas de aumento de la exactitud.

Se estima que dentro del espacio aéreo europeo las fuentes primarias de información de navegación serán sistemas VOR/DME, DME/DME y GPS, considerándose la cobertura proporcionada por los VORs y DMEs suficiente para las operaciones en ruta.

A partir del 23/Abr/2004 la utilización de B-RNAV es obligatoria en Europa por encima del FL 95 (aunque algunos estados establecieron inicialmente un nivel más alto), y en los procedimientos SID y STAR. Sin embargo, los procedimientos convencionales basados en NDB, VOR y DME siguen en vigencia por si hace falta utilizarlos nuevamente.

Para finalizar esta sección es necesario mencionar que si bien las operaciones utilizando equipoB-RNAV a bordo son obligatorias desde 1998, no ha sido sino hasta después del 2002 que se utilizan las "rutas libres" en áreas seleccionadas. La aplicación de B-RNAV ha tenido variaciones en su aplicación de un estado a otro.

1.3.2. P-RNAV

P-RNAV significa "RNAV de Precisión", y es el siguiente paso luego de B-RNAV. Su aplicación requiere RNP- (menos de 1 NM de error) y se puede interpretar como la aplicación de RNAV al Área Terminal (TMA).

Los procedimientos P-RNAV se desarrollan utilizando principios comunes y consistentes para asegurar que su diseño y ejecución son compatibles entre sí. Esto representa uno de sus mayores beneficios, pues la consistencia proporciona mayor seguridad en la ejecución y uniformidad en su uso en los diferentes estados europeos. Adicionalmente, EUROCONTROL estima que una red de navegación en ruta P-RNAV tendrá entre 5% y 25% más capacidad que una red B-RNAV.

El nivel de exactitud de P-RNAV permite su uso en todas las fases de vuelo excepto durante la fase final de aproximación y en la aproximación frustrada, y se puede alcanzar utilizando VOR/DME, DME/DME y GPS.

Capítulo 1. Conceptos RNP/RNAV

Por otra parte, se puede usar INS/IRS durante cortos períodos de tiempo, cuya longitud dependerá del nivel de certificación alcanzado por el modelo de sistema utilizado.

La utilización de procedimientos P-RNAV permite adaptar las rutas dentro de la TMA para que cumplan mejor las necesidades del aeropuerto, el ATC y la tripulación de vuelo. Esto habitualmente redunda en rutas más simples, cortas y directas, o en rutas que se ajustan mejor a restricciones ambientales (por ejemplo, disminuyendo el nivel de ruido sobre áreas pobladas).

Sin embargo, es muy importante tomar en cuenta durante el diseño y ejecución de los procedimientos P-RNAV que éstos pertenecen a la familia RNAV 2D, y que por tanto no se especifica un nivel de exactitud en la dimensión vertical. La información sobre esta dimensión ha de ser proporcionada mediante sistemas tradicionales de navegación vertical.

Información adicional sobre P-RNAV puede encontrarse en el documento JAA TGL-10, disponible en EUROCONTROL Navigation Domain (http://www.ecacnav.com/files/Tgl10jaa.pdf).

Notas

1. La restricción en la dimensión vertical se impone sólo en algunos casos.